湖南毛竹林生物量模型研究

曾掌權(quán)， 田育新， 戴成棟， 彭 湃， 孟 勇 黃崢嶸，葉初建， 馬豐豐， 羅 佳

(1．湖南省林業(yè)科學(xué)院， 湖南 長(zhǎng)沙 410004； 2．湖南慈利森林生態(tài)系統(tǒng)定位觀測(cè)研究站， 湖南 慈利 427200；3．湖南省林業(yè)廳， 湖南 長(zhǎng)沙 410004； 4.平江縣林業(yè)科學(xué)研究所,平江縣獻(xiàn)鐘苗圃, 湖南 平江 414505)

湖南毛竹林生物量模型研究

曾掌權(quán)1,2， 田育新1,2， 戴成棟3， 彭 湃1， 孟 勇1黃崢嶸4，葉初建4， 馬豐豐1,2， 羅 佳1,2

(1．湖南省林業(yè)科學(xué)院， 湖南 長(zhǎng)沙 410004； 2．湖南慈利森林生態(tài)系統(tǒng)定位觀測(cè)研究站， 湖南 慈利 427200；3．湖南省林業(yè)廳， 湖南 長(zhǎng)沙 410004； 4.平江縣林業(yè)科學(xué)研究所,平江縣獻(xiàn)鐘苗圃, 湖南 平江 414505)

為準(zhǔn)確測(cè)算湖南省毛竹碳匯林的固碳能力，促進(jìn)湖南省毛竹碳匯林業(yè)的均衡穩(wěn)定發(fā)展，在湖南省毛竹主產(chǎn)區(qū)設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)樣地，并根據(jù)胸徑、齡階實(shí)測(cè)258株毛竹的生物量，用多元回歸方法建立毛竹地上部分總生物量及其各器官生物量的一元(以胸徑為自變量)、二元(以胸徑和齡階為自變量)模型。通過(guò)模型評(píng)價(jià)與檢驗(yàn)，各模型均符合適用精度，具有適宜的預(yù)估水平。

生物量； 模型； 毛竹

森林生物量是評(píng)價(jià)森林生產(chǎn)力、森林碳儲(chǔ)量的重要指標(biāo)[1]，是評(píng)價(jià)森林碳匯潛力的關(guān)鍵指標(biāo)[2]。它既能表明森林經(jīng)營(yíng)的狀況和碳匯的潛力，又能反映森林與其環(huán)境間物質(zhì)、能量的相互關(guān)系[3]。樹木生物量模型是森林生物量監(jiān)測(cè)與評(píng)估的基礎(chǔ)，也是實(shí)施碳匯林業(yè)的依據(jù)。

毛竹(Phylloctachyspubescens)林是湖南省重要的森林資源，在湖南省各地市都有廣泛分布。毛竹成林快、伐期短，是固碳能力強(qiáng)的樹種，年固碳量較高[4-5]。竹林在溫室氣體減排和森林碳匯中發(fā)揮著積極作用[6-7]。隨著碳匯林業(yè)建設(shè)的發(fā)展，采取新造毛竹林、轉(zhuǎn)變毛竹林經(jīng)營(yíng)方式等措施，將更大程度地發(fā)揮出毛竹林生態(tài)系統(tǒng)的碳匯功能。通過(guò)構(gòu)建毛竹生物量方程，準(zhǔn)確測(cè)算毛竹的生物量，是評(píng)價(jià)毛竹碳匯功能的基礎(chǔ)。到目前為止，安徽、福建、江西等不同的毛竹產(chǎn)區(qū)均建立了以胸徑、年齡與竹高為自變量的毛竹不同生物量模型[8-11]，而湖南毛竹產(chǎn)區(qū)還缺乏相應(yīng)的模型。本研究通過(guò)對(duì)湖南省毛竹主產(chǎn)區(qū)標(biāo)準(zhǔn)樣地調(diào)查，擬合出毛竹的生物量模型，為準(zhǔn)確測(cè)算、監(jiān)測(cè)湖南毛竹林的固碳能力提供技術(shù)支持，以促進(jìn)湖南省毛竹碳匯林業(yè)的均衡穩(wěn)定發(fā)展。

1 研究區(qū)概況

湖南省位于中國(guó)東南腹地，屬于長(zhǎng)江中游地區(qū)。區(qū)域內(nèi)山地面積較大，約占全省總面積的1/2，是我國(guó)重要的林業(yè)保護(hù)區(qū)和木材生產(chǎn)基地。湖南省土地面積為21.18萬(wàn)hm2，海拔從低于50 m到2000 m以上，呈復(fù)式馬蹄型丘陵性盆地的地貌輪廓格局[12]。該區(qū)氣候?yàn)榇箨懶詠啛釒Ъ撅L(fēng)濕潤(rùn)氣候，陽(yáng)光充足，年日照時(shí)數(shù)為1300～1800 h，無(wú)霜期為260～300天；雨水充沛，年平均降雨量1200～1700 mm。其氣候條件為植被的生長(zhǎng)提供了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)。區(qū)域土壤類型主要以紅壤、山地黃壤、山地黃棕壤以及山地草甸土為主。區(qū)域內(nèi)林地面積達(dá)12.92萬(wàn)hm2，森林覆蓋率約57.34%，主要喬木林優(yōu)勢(shì)樹種有馬尾松、杉木、柏木、桉樹、楊樹等，其中馬尾松、杉木和闊葉樹種面積約占全省林業(yè)用地面積的74.3%，主要分布在湘西南、湘南、湘西北及湘東地區(qū)，湘中和湘北地區(qū)森林覆蓋率相對(duì)較低。

2 研究方法

2.1樣地設(shè)置與調(diào)查及取樣

根據(jù)湖南省毛竹分布布設(shè)固定樣地。在毛竹產(chǎn)區(qū)包括桃源縣、桃江縣、臨湘市、炎陵縣和會(huì)同縣進(jìn)行樣地調(diào)查。這些地區(qū)既是湖南省主要的毛竹產(chǎn)區(qū)，同時(shí)也分別代表湘北、湘中、湘東和湘西南等區(qū)域，樣地設(shè)置具有典型性和代表性。在每個(gè)縣市設(shè)置20 m×20 m標(biāo)準(zhǔn)樣地3個(gè)。標(biāo)準(zhǔn)樣地基本情況詳見表1。樣地調(diào)查與采樣于2016年6—10月進(jìn)行。分別在桃源縣、桃江縣、臨湘市、炎陵縣以及會(huì)同縣等的毛竹林中進(jìn)行樣地調(diào)查和取樣。主要根據(jù)毛竹齡階和胸徑，對(duì)固定樣地進(jìn)行每木調(diào)查，并根據(jù)調(diào)查結(jié)果對(duì)各齡階和各徑階的竹株進(jìn)行連續(xù)采樣，對(duì)每個(gè)齡階(Ⅰ～Ⅳ度)和徑階(5～17 cm)的毛竹各取3株，共取得樣竹258株。將樣竹連根挖起，分別測(cè)定稈、枝、葉鮮質(zhì)量。并分別采取毛竹稈、枝、葉樣品500 g左右，準(zhǔn)確測(cè)定樣品鮮質(zhì)量后帶回實(shí)驗(yàn)室，將樣品在105 ℃恒溫烘2 h，再80 ℃烘24 h以上，直到樣品質(zhì)量保持恒定時(shí)，稱量干物質(zhì)質(zhì)量，計(jì)算樣品含水量，從而計(jì)算獲得毛竹各器官生物量[13]。

表1 毛竹林各標(biāo)準(zhǔn)樣地基本情況Tab 1 ThebasicsituationofthestandardPhyllostachyspubescensforest標(biāo)準(zhǔn)地所在地坡度(°)坡位坡向海撥(m)土壤含水量(%)土壤pH值桃源縣28中坡東北29518 94 57桃江縣32下坡西南36416 44 98臨湘市29中下坡東南26917 65 35炎陵縣38下坡西北85721 54 51會(huì)同縣32中坡東南54619 14 32

2.2毛竹單株生物量模型選擇

毛竹單株生物量模型采用胸徑和齡階2個(gè)變量，選擇三維拋物面模型：

M=k+aD+b×A+c×D2+d×A2

同時(shí)，也利用常用的三參數(shù)乘冪曲線模型來(lái)計(jì)算生物量：M=k+a×Db進(jìn)行擬合[14]，其中k、a、b為由標(biāo)準(zhǔn)木所得出的參數(shù)，隨樣地及林齡等變化而變化，D為樹木胸徑，M為生物量。

2.3模型檢驗(yàn)

主要是運(yùn)用調(diào)查所得樣竹地上部分生物量的數(shù)據(jù)，以毛竹地上部分總生物量、竹稈、竹枝和葉生物量采用SPSS多項(xiàng)式回歸方法擬合出單株生物量模型，并進(jìn)行模型檢驗(yàn)。

采用模型預(yù)估精度、確定系數(shù)、估計(jì)值的標(biāo)準(zhǔn)誤差和總相對(duì)誤差等指標(biāo)來(lái)對(duì)模型進(jìn)行檢驗(yàn)，通過(guò)檢驗(yàn)樣本的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和模型模擬數(shù)據(jù)計(jì)算確定系數(shù)、估計(jì)值的標(biāo)準(zhǔn)誤差、總相對(duì)誤差及預(yù)估精度，對(duì)一元(胸徑)模型和二元(胸徑和齡階)模型進(jìn)行對(duì)比分析[15]。

3 結(jié)果與分析

3.1毛竹林的生長(zhǎng)狀況

各樣地毛竹生長(zhǎng)概況見表2。樣地毛竹平均胸徑和平均竹高都以位于會(huì)同的最大，分別達(dá)到12.71 cm和16.69 m；以位于臨湘市的最小，分別為8.61 cm和11.32 m。標(biāo)準(zhǔn)樣地毛竹齡階均在Ⅰ～Ⅳ齡，胸徑為5～17 cm，竹高為9～18 m。

3.2毛竹地上部分生物量擬合模型

利用樣竹的地上部分生物量以及各器官生物量與胸徑、齡階數(shù)據(jù)，分別擬合相應(yīng)的一元模型和二元模型，其地上部分生物量模型見表3。

由表3結(jié)果來(lái)看，對(duì)于地上部分生物量模型來(lái)說(shuō)，一元(胸徑)生物量模型和二元(胸徑與齡階)生物量模型擬合效果都較好。預(yù)估精度最低的是一元(胸徑)葉生物量模型，為0.8786；最高的是二元(胸徑與齡階)竹稈生物量模型，達(dá)到0.9976。確定系數(shù)最低是一元(胸徑)葉的模型，為0.8623；最高是二元(胸徑與齡階)竹稈生物量模型，是0.9785。二元(胸徑與齡階)模型預(yù)估精度稍高，一元(胸徑)模型預(yù)估精度次之，均符合適用精度要求。根據(jù)樣本的數(shù)據(jù)來(lái)源，本生物量模型適應(yīng)的胸徑范圍為5～17 cm，齡階范圍為Ⅰ～Ⅳ度。

毛竹地下部分生物量則根據(jù)毛竹通用根莖比0. 2乘以地上部分生物量換算得到[16-17]。

4 結(jié)論和討論

湖南省毛竹碳匯林的總生物量與各器官生物量模型的平均相對(duì)誤差和估計(jì)值的標(biāo)準(zhǔn)誤差絕對(duì)值較低，各器官生物量和總生物量模型的擬合程度較高，所建模型比較適宜。二元(胸徑與齡階)生物量模型的預(yù)估精度較一元(胸徑)生物量模型高。對(duì)于地上部分總生物量模型而言，2種模型所建立的預(yù)估精度都比較高，都具有適宜的預(yù)估精度及預(yù)估水平。以本研究所建模型得出的5 cm徑級(jí)毛竹生物量的模擬值較周國(guó)模的毛竹單株生物量模型[13]得出的模擬值小，而以本研究所建模型得出的7 cm徑級(jí)及以上毛竹生物量的模擬值則較周國(guó)模的毛竹單株生物量模型得出的模擬值大。本研究所建模型得出的模擬值更符合湖南省毛竹生物量的實(shí)際特征。毛竹碳匯林構(gòu)建與監(jiān)測(cè)時(shí)，在不影響毛竹碳匯功能評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，可只對(duì)毛竹胸徑進(jìn)行調(diào)查，選擇毛竹胸徑一元生物量模型也比較適宜。在調(diào)查中，如果在獲得毛竹胸徑數(shù)據(jù)的同時(shí)，能較準(zhǔn)確獲得毛竹的年齡數(shù)據(jù)，則采用評(píng)估精度更高的毛竹胸徑與齡階二元生物量模型。

在毛竹碳匯林構(gòu)建過(guò)程中，不管是新造林還是經(jīng)營(yíng)林，立地條件、經(jīng)營(yíng)措施、實(shí)施年限等因素都將影響毛竹碳匯林的林分結(jié)構(gòu)和碳匯能力，需要對(duì)其進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)與評(píng)估毛竹碳匯林的碳匯功能。

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StudyonbiomassmodelofPhyllostachysheterocyclacvpubescensinHunanProvince

ZENG Zhangquan1，2, TIAN Yuxin1，2, DAI Chengdong3, PENG Pai1,MENG Yong1, HUANG Zhengrong4, YE Chujian4,MA Fengfeng1，2, LUO Jia1，2

( 1.Hunan Academy ofForestry，Changsha 410004，China;2.Hunan Cili Forest Ecosystem Research Station，Cili 427200，China;3.Forestry Department of Hunan Province，Changsha 410004，China;4.ForestryInstitute of Pingjiang County,Pingjiang Xianzhong Nursery Garden，Pingjiang 414505，China)

In order to accurately estimate carbon sequestration ofPhyllostachyspubescensand promote the balanced and stable development of bamboo forest of carbon sink. , the standard plots were set up in the main producing areas ofP.pubescensin Hunan Province. The biomass data from 258 sampled trees ofP.pubescenswas determined for total aboveground biomass and biomass of components, including diameter alone; diameter and age as independent variables. Then the multiple regression method was used to develop one and two variable biomass models with advantages of easy obtain of indicators and good fitting precision and estimation level in Hunan Province.

biomass; model;Phyllostachyspubescens

2016-10-24

湖南省林業(yè)科技計(jì)劃項(xiàng)目( HNLYTH201601, XLK201601)；科技部國(guó)際科技合作專項(xiàng)( 2015DFA90450)；湖南省自然科學(xué)基金項(xiàng)目( 2015JJ6050)；世界銀行貸款湖南森林恢復(fù)與發(fā)展項(xiàng)目(JC-3)；國(guó)家林業(yè)局湖南慈利石漠化定位監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。

曾掌權(quán)( 1976-)，男，湖南省益陽(yáng)市人，助理研究員，博士，主要從事森林碳匯、森林綜合效益研究。

田育新，研究員；E-mail：1549751927@qq.com。

S 718.5

A

1003 — 5710(2016)06 — 0056 — 04

10. 3969/j. issn. 1003 — 5710. 2016. 06. 012

(文字編校：唐效蓉)